بالنسبة لأنظمة البطاريات المختلفة ، مثل بطاريات الليثيوم ذات القطب الموجب / الجرافيت السالب للإلكترود ، وبطاريات الليثيوم ذات القطب الموجب للفوسفات وحديد الليثيوم ، أو بطاريات الأقطاب الكهربائية السالبة من تيتانات الليثيوم ، يجب إجراء الاختبارات المستهدفة بناءً على خصائص المواد وبطارية الليثيوم.
يمكن تقسيم عملية إنتاج بطاريات الليثيوم إلى ثلاث مراحل: تصنيع القطب الأمامي ، وتغليف القطب الأوسط ، وتفعيل البطارية الخلفية. الغرض من مرحلة تنشيط البطارية هو التنشيط الكامل للمواد الفعالة والإلكتروليت في البطارية لتحقيق أداء كهروكيميائي مستقر. تتضمن مرحلة التنشيط مراحل مثل الشحن المسبق والتكوين والشيخوخة والحجم الثابت. الغرض من الشحن والتكوين المسبق هو تنشيط مواد القطب الموجب والسالب من خلال الشحنات والتفريغ الأولي ، بحيث تكون المواد في حالة الاستخدام الأمثل. الأغراض الرئيسية للشيخوخة هي: أولاً ، جعل الإلكتروليت أكثر ترطيبًا ، مما يؤدي إلى استقرار أداء البطارية ؛ ثانيًا ، بعد التقادم ، يمكن للمواد الفعالة في مواد الإلكترود الإيجابية والسلبية تسريع بعض الآثار الجانبية ، مثل إنتاج الغاز وتحلل الإلكتروليت ، مما يسمح للأداء الكهروكيميائي لبطاريات الليثيوم بالوصول إلى الاستقرار بسرعة ؛ والثالث هو إجراء فحص تناسق لبطاريات الليثيوم بعد تقادمها لفترة من الوقت. بعد التكوين ، يكون جهد خلية البطارية غير مستقر ، وقد تنحرف قيمته المقاسة عن القيمة الفعلية. بعد التقادم ، يكون الجهد والمقاومة الداخلية لخلية البطارية أكثر ثباتًا ، مما يجعل من السهل فحص البطاريات ذات الاتساق العالي.
يحتوي نظام الشيخوخة على عاملين رئيسيين يؤثران على أداء بطاريات الليثيوم ، وهما درجة حرارة التقادم ووقت التقادم. بالإضافة إلى ذلك ، من المهم أيضًا أن تكون البطارية في حالة مغلقة أو مفتوحة أثناء التقادم. بالنسبة لعملية الفتح ، إذا كان المصنع يمكنه التحكم في الرطوبة جيدًا ، فيمكن إغلاقها بعد التقادم. إذا تم استخدام التقادم بدرجة حرارة عالية ، فإن التقادم بعد الختم يكون أفضل. بالنسبة لأنظمة البطاريات المختلفة ، مثل بطاريات الليثيوم ذات القطب الموجب / الجرافيت السالب للإلكترود ، وبطاريات الليثيوم ذات القطب الموجب للفوسفات وحديد الليثيوم ، أو بطاريات الأقطاب الكهربائية السالبة من تيتانات الليثيوم ، يجب إجراء الاختبارات المستهدفة بناءً على خصائص المواد وبطارية الليثيوم. في التصميم التجريبي ، يمكن تحديد الجدول الزمني الأمثل للشيخوخة من خلال فرق السعة ، وفرق المقاومة الداخلية ، وخصائص انخفاض الجهد لبطاريات الليثيوم.
1 ، ثلاثي أو فوسفات الحديد الليثيوم القطب الموجب / بطارية الليثيوم القطب السالب الجرافيت
بالنسبة لبطاريات الليثيوم أيون ذات الثلاثية كمادة القطب الموجب والجرافيت كمادة القطب السالب ، يتم تشكيل فيلم إلكتروليت صلب (SEI) على سطح القطب السالب للجرافيت أثناء مرحلة الشحن المسبق لبطاريات الليثيوم أيون. تبلغ إمكانات تكوين هذا الفيلم حوالي 0 .8 فولت ، ويسمح SEI للأيونات بالاختراق ولكن ليس للإلكترونات بالمرور. لذلك ، بعد تكوين سمك معين ، فإنه سيمنع المزيد من تحلل الإلكتروليت ، ويمكن أن يمنع تدهور أداء البطارية الناجم عن تحلل الإلكتروليت. ومع ذلك ، فإن غشاء SEI الذي تم تشكيله بعد التكوين له هيكل مضغوط ومسام صغيرة. سيساعد التقادم الإضافي للبطارية في إعادة هيكلة هيكل SEI وتشكيل غشاء فضفاض ومسامي ، وبالتالي تحسين أداء بطاريات الليثيوم. يستغرق تقادم بطاريات الليثيوم الثلاثية / الجرافيت عادةً 7-28 أيام في درجة حرارة الغرفة ، ولكن بعض المصانع تعتمد أيضًا نظام تقادم عالي الحرارة ، مع وقت تقادم يبلغ 1-3 يوم. تتراوح درجة الحرارة المرتفعة المزعومة بشكل عام بين 38 درجة و 50 درجة. تقادم درجات الحرارة المرتفعة هو فقط لتقصير دورة الإنتاج بأكملها ، والغرض منه هو نفس تقادم درجة حرارة الغرفة ، وهو الموازنة الكاملة للأقطاب الموجبة والسالبة ، والفواصل ، والإلكتروليتات ، والتفاعلات الكيميائية الأخرى لتحقيق حالة أكثر استقرارًا لبطاريات الليثيوم.
2 ، بطارية ليثيوم القطب السالب تيتانات الليثيوم
بطارية تيتانات الليثيوم المعروفة هي بطارية ذات قطب سالب مصنوع من تيتانات الليثيوم ، بينما تتكون مادة القطب الموجب بشكل أساسي من ثلاثي ، وكوبالت الليثيوم ، ومواد أخرى. يتمثل الاختلاف بين بطاريات تيتانات الليثيوم وبطاريات القطب السالب من الجرافيت في أن إمكانية إقحام الليثيوم لتيانات الليثيوم تبلغ 1.55 فولت (نسبة إلى معدن الليثيوم) ، وهو أعلى من 0 .8 فولت التي شكلتها SEI. لذلك ، أثناء عملية الشحن والتفريغ ، لن يتم تشكيل فيلم إلكتروليت صلب (SEI) أو ليثيوم شجيري ، والذي يتمتع بسلامة أعلى. هذا يعني أنه أثناء عملية شحن تيتانات الليثيوم ، توجد تفاعلات مستمرة بين الإلكترونات والإلكتروليت ، مما ينتج عنه منتجات ثانوية وغازات مثل الهيدروجين ، وثاني أكسيد الكربون ، والميثان ، و C2H4 ، والتي يمكن أن تتسبب في انتفاخ البطارية. تعتمد مشكلة انتفاخ تيتانات الليثيوم بشكل أساسي على التغيرات في خصائص المواد للتخفيف ، مثل طلاء السطح ، وتغيير توزيع حجم الجسيمات ، وإيجاد إلكتروليت مناسب. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تحسين نظام الشحن المسبق والتكوين والشيخوخة يمكن أيضًا أن يقلل بشكل مناسب من ظاهرة انتفاخ تيتانات الليثيوم. يعد نظام التقادم لبطاريات تيتانات الليثيوم بشكل عام هو نظام التقادم المفضل عند درجات الحرارة العالية ، مع درجة حرارة تقادم تبلغ 40 درجة -55 درجة ووقت تقادم يبلغ 1-3 يوم. بعد التقادم ، مطلوب عادم الضغط السلبي. يمكن أن يؤدي إجراء العديد من اختبارات الشيخوخة ذات درجات الحرارة العالية للتفاعل بشكل كامل مع الرطوبة الداخلية للبطارية إلى القضاء على مشكلة انتفاخ بطاريات تيتانات الليثيوم وتحسين عمر تدويرها بشكل فعال.
بغض النظر عن نظام البطارية ، فإن الشيخوخة عملية أساسية. على الرغم من أنه يمكن فهم تقادم بطاريات الليثيوم على أنها خسارة وتلف لها ، إلا أنها في الواقع طريقة فعالة لفحص البطاريات ذات الاتساق العالي والتخلص من المنتجات المعيبة. فقط من خلال الشيخوخة يمكن اختيار بطاريات الليثيوم المناسبة للتغليف لتحسين عمر خدمة الأدوات الكهربائية.